Comments
Description
Transcript
コンピュータとネットワークの概要
1 概要 コンピュータとネットワークの概要 (計算機概要) コンピュータの概要 種類と特徴 構成 よく使う記憶装置と入出力装置 OSとアプリケーション ネットワークの概要 名古屋大学 情報基盤センター 情報基盤ネットワーク研究部門 嶋田 創 インターネットプロトコル(IPv4) DNS IPv4の限界 IPv6 3 2 コンピュータの種類と特徴(2/2) コンピュータの種類と特徴(1/2) スーパーコンピュータ パーソナルコンピュータ(パソコン) 大規模な科学計算技術計算用に設計 最も高速・高性能なコンピュータ 名大にもあります 家庭やオフィスなどで多目的に利用されるコ ンピュータ 携帯情報端末(PDA: Personal Digital Assistant) http://www2.itc.nagoya-u.ac.jp/center/index.html ノード数は少ないけど、京コンピュータの後継モデ ル 汎用コンピュータ(メインフレーム) ノートパソコンよりも小型で携帯して持ち運ぶ ことが可能なコンピュータ スマートフォンによって復権 Cray-1 事務処理から技術計算までの多目的に利用でき るよう設計された大型コンピュータ 高い耐故障性や故障時の代替処理の迅速化を考 えて設計 PDA(スマートフォン） マイクロコンピュータ(マイコン) １つのチップに納められたコンピュータ 家電製品などに組み込んで利用される マイコンはマイクロコントローラの略でもある ワークステーション 高度な処理能力が求められる技術分野やネット ワークサーバ分野で利用 マイコン ラックマウント型ワークステーション 4 コンピュータの構成(ノイマン型) 5大装置(機能)： 入力、出力、記憶、制御、演算 制御装置 入力装置 記憶装置 データやプログラムを記憶する 記憶装置には、主記憶装置と補助記憶装置がある 演算装置 実線はデータの流れ 破線は制御の流れ 赤線は命令の流れ 各装置の機能(1/2) データや命令(プログラム)を入力する キーボード、マウス、スキャナ、ペンタブレット CPU 入力装置 5 記憶装置 出力装置 主記憶装置： コンピュータ内部にありCPUで実行するプログラム やデータを格納する。揮発性(電源を切ると内容は消える) • DDR3-SDRAM、MRAM(不揮発性、将来は…) 命令(プログラム)とデータを記憶装置 に格納し、組み合わせを自由にでき る点がノイマン型コンピュータの特徴 補助記憶装置： 実行前／後のプログラムやデータを格納。大容 量低価格、不揮発性(電源を切っても内容は消えない)。 • SSD(ソリッドステートドライブ)、HDD(ハードディスクドライブ) • BD-ROM(Blu-ray Disc)、DVD-ROM、 CD-ROM 6 各装置の機能(2/2) 7 典型的なコンピュータの内部構成(少し 古め) 出力装置 処理結果のデータを外部に取り出す 例: ディスプレイ、プリンタ、スピーカ マザーボード上 CPU 主記憶 演算装置 メモリ・バス 計算、比較、判断などを行う CPU(Central Processing Unit): 演算装置と 制御装置からなる 制御装置 入力装置、記憶装置、出力装置、演算装置の 制御を行う 8 内部構成の写真 チップセット (コンパニオンチップ) 内部バス USB コントローラ グラフィック コントローラ HDD コントローラ キーボード／ マウスコントローラ USB 接続機器 ディスプレイ HDD/SSD マウス キーボード イーサネット ネットワーク コントローラ 9 典型的なコンピュータによるプログラム 実行 ちょいと古めですが… 最近は、各種コントローラ をCPUやチップセットの中 に取り込んだり… マザーボード上 CPU 主記憶 メモリ・バス 命令実行 データ処理 チップセット グラフィックコントローラ プログラム／ (コンパニオンチップ)データの読み込み 内部バス ネットワーク コントローラ マザーボード CPU USB コントローラ グラフィック コントローラ HDD コントローラ キーボード／ マウスコントローラ USB 接続機器 ディスプレイ HDD/SSD マウス キーボード イーサネット ネットワーク コントローラ DDR-SDRAM HDD 10 最新のPCの内部構成 11 補助記憶装置 オープンリール マザーボード上 CPU 磁気テープ テープカートリッジ 主記憶 磁気メディア ハードディスク 磁気ディスク フロッピーディスク チップセット (コンパニオンチップ) 光磁気ディスク 光メディア グラフィック コントローラ USB コントローラ HDD コントローラ ネットワーク コントローラ ディスプレイ USB接続機器 (キーボード/マウス含む) HDD/SSD イーサネット 高集積化による部品点数の削減 共有バス構造から1対1接続へ 光ディスク カード型 CD 1回のみ書き込み可 読み出し専用 -ROM DVD -R BD -RW / -RAM SDカード 書き換え可能 メモリスティック 半導体メディア ディスク代替型 SSD USBメモリ データのバック アップにおすすめ プリンタ 代表的なプリンタ 紙に文字や画像を出力する出力装置 インクジェットプリンタ: 吐出するインクで描画 通常は、細かな点の集合で出力 Dot Per Inch(DPI)で精細度を評価 DPI値はスキャナ(画像を紙から取り込み)でも利用 当然、メディアセンターにもあります 細かなノズルを多数配置し、そのノズルから文字や 図形に合わせてインクを吐出 しばらく使わないとインクが固まることも プリンタによる 画像出力のイメージ レーザープリンタ: コピー機と同じ印刷方法 1人年間白黒で300枚まで(総印刷枚数は確認可能) カラーページは白黒5枚換算 http://web.media.nagoya-u.ac.jp/hedocs/?page_id=23 レーザー光を当てると帯電するドラムにレーザー光 で文字や図形を描き、帯電部にトナー(固形インク 粒子)を付着させ、それを紙に転写 水濡れに強い 最近では、コンビニのコピー機がPDF形式やWord/Excel形 式などのファイルを印刷可能 インクジェットプリンタ 3Dプリンタ: 以下のように積層の繰り返して立 体物を作成 Word/Excel形式の対応はちょっと弱い(コピー機の機種による) 溶融したプラスチックを吐出し、1層ずつ積層 「粉末積層→固める部分に接着剤吐出」を繰り返す 3Dプリンタ 15 OSとアプリケーション アプリケーションからハードウェアまで アプリケーション: 応用プログラム API(アプリケーションインタフェース) インターネットブラウザ、Word、メールクライアント、など アプリケーション開発に共通して必要な機能を提供 APIに沿ってプログラムを書くだけで機能を利用可能 OS標準の物や別ソフトウェアとして提供される物がある Q: アプリケーションは直接ハードウェアを制御している? A: いいえ。API、OS、デバイスドライバなどを介して制御 OSのカーネル: 上の層と下の層の調停者 デバイスドライバ: ハードウェアを制御するソフトウェア アプリケーションプログラム(AP) = 応用プログラム 標準API 通常はハードウェア製造会社が提供 BIOS(Basic Input/Output System) 追加API ハードウェアの初期化や設定などを行う小さなプログラム OSのカーネル デバイスドライバ BIOS ハードウェア デバイスドライバ 広義のOS 広義のOS: APIやデバイスドライバを含めたもの BIOS ハードウェア 代表的なOS: Windows, Mac OS, iOS, Android, Linux, FreeBSD BIOS: Basic Input/Output System 16 コンピュータの故障 特徴: 故障確率はバスタブ曲線に沿う 例: HDDのモータの動作不良 例: 静電気/雷サージによる故障 例: 熱ストレスによる故障 コンデンサなどの熱による劣化 熱による基板の膨張/収縮による断線 や接触不良 ソフトウェアの不具合 プログラムの不具合(バグ) マルウェア(=コンピュータウィルス)など 意図的に不正動作を行うもの コンピュータ故障させないためには 故障確率 ハードウェアの故障 17 初期不良 経年劣化 ハードウェアの故障対策 衝撃・振動を与えない 冷却する(ファン・室温管理) 静電気を飛ばさない、サージプロテクタの利用 時間 バスタブ曲線 ソフトウェアの故障対策 定期的にアップデートやパッチ当て 怪しいソフトのインストールや実行をしない アンチウィルスソフトウェアやファイヤウォールの利用 18 19 ネットワーク(IPv4)の概要 IPv4における通信の概要(1/2) IP: インターネットプロトコル v4: Version 4 一般的な設定項目 IPv4上の通信はサブネット内と外への通信に分けて考える 同一サブネット内は直接送る 別サブネットの物はとりあえずデフォルトゲートウェイに送り、転送し てもらう 包含するサブネットにある場合、そちらに転送する IPアドレス: 端末に割り振られるID サブネットマスク: サブネットの範囲を規定 デフォルトゲートウェイ: サブネットの出口 DNSサーバ: ホスト名表記からIPアドレスへ の変換を行うサーバの指定 注: 厳密にはルーティングの設定が関係する デフォルトゲートウェイ 133.6.254.254 サブネット 133.6.x.x/16 133.6.90.254 デフォルトゲートウェイ 133.6.90.254 サブネット 133.6.90.x/24 サブネット 133.6.32.x/24 DHCPという、自動で設定 する手続きもあり 133.6.32.48 IPアドレス 133.6.90.249 133.6.90.3 133.6.32.111 20 21 IPv4における通信の概要(2/2) DNS(Domain Name System) 133.6.90.249→133.6.90.3: 同一サブネット内だから直接送る 133.6.90.249→133.6.32.111: デフォルトゲートウェイ経由で上位サブ ネットに送り、上位サブネットが包含するサブネットに転送 133.6.32.48→133.3.252.7: 上位サブネットにも存在しないため、上位サ ブネットのデフォルトゲートウェイ経由でさらに外へ 通信の宛先のIPアドレスを覚えるのは面倒 →意味のある識別子からIPアドレスに変換させよう 注: 厳密にはルーティングの設定が関係する to 133.3.252.7 デフォルトゲートウェイ 133.6.90.254 サブネット 133.6.x.x/16 to 133.6.90.3 133.6.90.254 サブネット 133.6.90.x/24 サブネット 133.6.32.x/24 133.6.32.48 IPアドレス デフォルトゲートウェイ 133.6.254.254 複数のIPアドレスに変換して負荷分散など副次効果も 例: www.itc.nagoya-u.ac.jp→133.6.91.82 133.6.90.249 133.6.32.111 www: World Wide Web itc: Information Technology Center ac: ACademic jp: JaPan DNSサーバが変換を司る DNSサーバもネット上の機器なのでIPアドレスで指定 133.6.90.3 to 133.6.90.111 22 23 IPv4の限界 IPv6 IPv4のIPアドレスは42億個しかない →接続する機器の増加で枯渇 v6: Version 6 IPアドレス数は全部で3.4x1034個 APNIC(Asia Pacific Network Information Centre)の在庫は2011/4 に尽きた 延命策: プライベートIPアドレスとのアドレス変換(NAT: Network Address Transration) 対義語: プライベートIPアドレス←→グローバルIPアドレス 1つのグローバルIPアドレスの下に複数のプライベートIPアドレスの 機器を接続可能 1つのグローバルIPアドレスに対し無限に変換できるわけではない プライベートIPアドレスが割り当てられた機器には基本的に外のネッ トワーク側からアクセスできない 地表1cm2あたり6.6x1019個のIPアドレス …が、今の所、あまり普及は進んでいない 2011/4のAPNICでのIPv4アドレス在庫に続き、2015/9にARINでも 在庫が枯渇したので、普及は進む可能性が高い APNIC管轄のアジア地域では、IPv4アドレス割り当てが少ない国もある AppleもiOS 9でIPv6 onlyな世界への移行をさらに進めた 名大内はNUWNETも含めてIPv6 readyです 手軽にIPv6接続してみたければ、NUWNETを利用してみましょう